[發明專利]一種針對高比例新能源電源的疊加式電網距離保護方法及裝置

在審

• 申請號: 202211212784.5
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115588970A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 張政偉;陳謙;李宗源;錢倍奇;牛應灝;陳杉桐;許瀟文;劉瑩
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H1/00;H02J3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 鐘昕宇

本發明公開了一種針對高比例新能源電源的疊加式電網距離保護方法及裝置，方法包括：“電流量疊加”法和“電壓量疊加”法兩種具體方案。該方法在對含高比例新能源電源的電力系統電源構成成分進行等效的基礎上，分別利用現有繼電保護裝置測量的短路電流量和短路電壓量，采用疊加法，合成計算故障點到保護安裝處間的距離，進而采用原有距離保護原理實現有選擇性地切除故障部分，保護電網非故障部分的正常運行。同時，該距離保護方法能夠利用現有距離保護裝置，不需額外安裝設備，只進行軟件擴展。本方法在有效保證電力系統安全運行的同時，能夠有效降低電力系統的建設成本與運行成本。

技術領域

本發明涉及一種針對高比例新能源電源的疊加式電網距離保護方法及裝置，屬于電力系統繼電保護領域。

背景技術

當前，電力在人類社會終端能源消費中的占比越來越高，全球范圍內的電能需求正在不斷地快速增長。與此同時，在大量化石能源消耗帶來的能源枯竭和環境污染雙重背景下，新能源發電成為全球能源戰略轉型的重要發展方向。

隨著新能源電源的大量并網，現有電網電源側趨于呈現傳統發電機和新能源電源并存的混合電源形態，且新能源電源的比例不斷提高。

含有大量新能源電源的電網發生線路故障后，新能源電源的故障輸出電流受其內部控制策略所制約，與并網點電壓呈強非線性關系。且由于線路故障后，新能源電源通常會限幅或閉鎖其輸出，導致電力系統線路故障后的線路短路電流降低，進一步導致并網點故障電壓降低，且隨著新能源電源在電網電源中的占比提高，線路故障電流值和并網點故障電壓值也不斷降低。極端條件下，新能源電源構成全部的電網電源且保持低壓穿越時，線路中的故障電流和并網電壓不再具有關聯關系。

另外，由于新能源電源中存在大量的電力電子設備，如光伏電源中的并網逆變器、風力發電機組中的AC-DC-DC變換器等。且受新能源波動性和不確定性的影響，新能源電源的出力頻繁改變，甚至在并網和脫網兩種狀態間不斷切換。這種電力變換通過電力電子器件的開斷實現，期間新能源電源產生大量諧波。

傳統距離保護通常采用保護安裝處測量電壓和測量電流相除計算測量阻抗，進而計算故障距離的方式來動作。但隨著新能源電源的并網比例提高，電力系統線路故障后保護安裝處測量電流和測量電壓大幅降低，傳統距離保護面臨極小值相除而不能準確計算的數學難題。

此外，由于新能源電源自身控制特性和內部電力電子裝置等因素帶來的大量諧波以及繼電保護測量裝置本身測量誤差等因素的存在，傳統距離保護測得的故障距離的誤差進一步增大，導致傳統距離保護難以繼續適用，進一步威脅電網的正常安全運行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對高比例新能源電源的疊加式電網距離保護方法及裝置，有利于計算出故障點到保護安裝處的距離，使得改進后的距離保護能夠準確動作。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種針對高比例新能源電源的疊加式電網距離保護方法，包括以下步驟：

當故障發生時，獲取電路信息；

根據所述電路信息，計算獲取相應故障點到發電機母線的距離；

根據相應故障點到發電機母線的距離，相應斷路器配備的距離保護動作切除故障。

進一步的，所述電路信息包括電力系統發生短路故障后流經短路點的故障電流I_k、等效后傳統發電機內電勢的電壓源的值E、等效后傳統發電機內阻抗的阻抗值Z_r和表示故障后等效新能源電源輸出電流的電流源的大小I；